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选择理想开关应考虑的10个关键因素

时间:2019-12-15 作者:Mike Bolduc 阅读:
考虑到大多数开关成本相对较低、性质简单,在选择的时候往往不会充分考虑其所能提供的特性和功能。根据应用的不同,一些特定的参数将指导设计人员选择特定的开关,但是可用选项繁多,很容易被引入歧途。本文重点介绍了设计师在选择开关时应该考虑的十个因素,并强调了为什么选择开关很重要。
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人们选择开关时,并不总是有足够的时间,也没给予其应得的关注。考虑到大多数开关成本相对较低、性质简单,在选择的时候往往不会充分考虑其所能提供的特性和功能。根据应用的不同,一些特定的参数将指导设计人员选择特定的开关,但是可用选项繁多,很容易被引入歧途。Xn7EETC-电子工程专辑

本篇文章里,我们重点介绍了设计师在选择开关时应该考虑的十个因素,并强调了为什么选择开关很重要,以及如果选择正确,一个开关能怎样为他们的产品和整个品牌增加价值。Xn7EETC-电子工程专辑

一、数据驱动

物联网 (IoT) 的出现在各个领域产生了大量数据。这些数据需要存储,或者在更多时候需要通信。此外,物联网设备还要容纳天线、发射器和额外的电路,这可能会对线路板设计空间产生很大的影响,特别是像开关等操作性的检测和数据收集组件。尽管如此,开关仍须与用户交互,同时还要承受恶劣的使用环境和干扰。例如,医疗设备制造商正越来越多地把投资集中在用于存储、关联和分析这些数据的系统和平台开发上。因此,设计人员必须仔细选择能够满足苛刻的性能规范(包括小型化和低功耗)的开关。Xn7EETC-电子工程专辑

二、满足身体需求

随着可穿戴设备的增长,对开关的需求也在增加。虽然可穿戴设备已经存在一段时间了,但不同行业设计设备时,存在着不同的理念。例如,医疗可穿戴设备中的组件需要具有韧性以应对被粗暴对待和恶劣的环境挑战,同时还需要第一时间就能响应,而且每次都能正常工作。设计人员面临的挑战是确保每一个单独组件都适合这些机器运行所需的环境。开关是用户和设备之间接口的重要组成部分,因此要确保开关的一致性、使用期限和质量,选择正确的开关就变得至关重要。Xn7EETC-电子工程专辑

若要满足许多可穿戴设备的要求,一般开关要具备防水、防汗液功能,并且低能耗,以保持电池电量。开关可能需要达到IP67或IP68的密封级别,并且能够在毫安级的信号电流范围内可靠地工作。Xn7EETC-电子工程专辑

Magazine191218.jpgXn7EETC-电子工程专辑

三、外形尺寸

举个例子,在工业领域,开关用于各种应用中,包括CNC机床控制、安全和位置传感器、电池充电器、电源和气体检测器件等等,在此仅举几例。它们都有一个共同点,无论是在高度还是占板面积,PCB上的空间都有限。随着设备功能的增加,这种外形尺寸变得越来越重要,也能使PCB上的空间更有价值。Xn7EETC-电子工程专辑

超小尺寸的开关可以缓解组件的拥塞,并有助于减小终端用户设备的尺寸,使这些设备在市场上更受欢迎。超小型开关灵活性很好,能让电子设计人员在本来为更大的开关预留的PCB空间上添加其它元件。许多类型的自动化传感器需要占位面积在3.0mm x 2.6mm的触屏开关,这种情况也并不少见,且现在市场上最新的触屏开关占用空间都在2.0mm以下。Xn7EETC-电子工程专辑

四、额定电功率

选择开关时,另一个要着重考虑的因素是所需的信号电流。不同的产品设计,对电力的需求有很大的不同,有些开关需要处理 PLC 和微处理器输入的低信号电流,而有些开关则需要处理更高的电流来驱动继电器。Xn7EETC-电子工程专辑

触动开关(Tact switch)通常在 32V直流电压下处理低至1毫安 (mA) 的电流,有些电流甚至低至1微安(µA),而速动开关(snap acting switch)可能需要处理高达25安培的电流来控制电机电路。断路器辅助开关给设计人员带来了挑战,因为可能需要用同一个开关来处理范围从1毫安到10安培的电流。Xn7EETC-电子工程专辑

五、适合目的

考虑在何处以及如何使用开关至关重要。开关通常用在恶劣的环境中使用,并且需能够应对任何可能会遇到的情况。用户每天都要与开关进行交互,从按加油泵上的按钮、在火车上开门、按自动取款机上的键盘、在电梯里呼叫和选择楼层等等;这样的例子不胜枚举。它们有一个共同点是,这些公共设备更容易被滥用,或是遭遇恶劣的环境状况。Xn7EETC-电子工程专辑

对于上述应用,则需要高度坚固的开关,能够抵抗粗暴的对待,以创建经得起时间考验的人机接口 (HMIs)。这些开关在建造材料和方法上不同于标准开关。例如,大多数防破坏开关的抗冲击等级为IK08或IK10(可能的最高冲击等级),并且在IP67级的入侵保护(IP)上密封。还需要一系列功能选项,例如LED照明、功能符号,以及焊片或快速连接端子等端接样式,以适应各种应用。Xn7EETC-电子工程专辑

六、大量参数的选择

对于设计人员来说,最糟糕的事情莫过于受限于有限的开关选择。一些基本参数,比如刀数和掷数、闩锁/瞬时动作和其它电气参数等都是必须考虑的。环境特点和开关的可靠性也很重要。以上因素都分析对了才意味着能够定义正确的材料,特别是触点,并确保生命周期与设备的预期寿命相一致。开关的人机工程学和美学常常会影响用户对设备的体验和感知。Xn7EETC-电子工程专辑

常用的选项还包括按钮和按动开关的不同执行器样式、端接选项(例如焊片、快速连接端子或线接)、直线安装或直角安装、表面安装或通孔,以及照明或非照明等。Xn7EETC-电子工程专辑

七、声音和感觉

开关的声音和感觉,也称为触觉,是开关操作的重要元素。触觉为让用户知道开关操作是否正确提供了重要的反馈。选择具有正确触觉的开关可以给任何产品都带来高质量的感觉。例如,随着汽车变得更加复杂、功能更丰富,触觉学在汽车工业中也变得更加重要。事实上,触觉在汽车内饰和控制系统的设计中起着至关重要的作用。外观、感觉和声音是汽车品牌标识的重要组成部分,而开关则是实现这一目标的关键——成功选择的开关往往会在同一家制造商的多个车型上重复设计。Xn7EETC-电子工程专辑

触觉和声学不仅能让一个制造商区别于其它竞争者,而且还可以用来定义同一家制造商的不同产品系列的定位。选择愿意修改开关组件和材料(比如致动器的硬度计和金属圆顶的形状)的供应商,以此来获得正确的开关触觉是很重要的。Xn7EETC-电子工程专辑

八、计算成本

毫无疑问,当涉及到开关的选择时,成本是一个重要的考虑因素。例如,工业市场特别关注成本,因此会选择对应用“足够好”的开关。要实现这种注重节省成本的选择,可以选择市场上最常用的版本——这些版本不需要高性能,但是会在保持严格质量控制的同时提供经济的价格。若是不需要额外的功能,选择标准、现成的型号会证明是最佳的策略。Xn7EETC-电子工程专辑

九、拥有成本

虽然任何解决方案都必须反映所需的特性和要求,但它还必须满足成本限制,才能在商业上可行,并满足客户的需求。在这里,“成本”不仅仅指组件的成本,还必须包括集成解决方案所需的一切成本、连接成本和组装成本——即所谓的“总拥有成本”。例如,当今汽车工业的现实情况迫使汽车制造商在生产零部件和车辆方面提高效率;然而,与此同时,他们也必须确保在质量和性能方面没有任何下降。Xn7EETC-电子工程专辑

在肮脏,潮湿或有腐蚀性的环境中,许多工业应用都可以使用长达十年。这些应用中使用的开关需要在-40°C到85°C的温度范围内传导低信号电流(低于50毫安),并且不使触点氧化或腐蚀。循环寿命需要量从50,000到5,000,000不等。不符合这些规格则可能导致更换昂贵的终端设备。Xn7EETC-电子工程专辑

十、当少即是多

尽管下一代创新设备和产品所需的开关可能会更少,但它们仍将发挥至关重要的作用。例如,未来的联网、电动和自动驾驶汽车将拥有更先进的人机界面,更需满足消费者对智能手机和平板电脑等高质量消费电子产品的期望。未来自动驾驶汽车中,会需要整合更多的控制功能。车将驾驶员带到目的地的路上,驾驶员会有更多的时间娱乐甚至工作。在选择适当的开关时,需要考虑到这些期望值提高了。Xn7EETC-电子工程专辑

任何产品都不会好过其各个零部件之和。无论是精密的手术器械、精细的面板输入系统还是汽车密钥卡,开关都必须适应其使用的产品设计的具体要求。考虑到这十个设计因素,设计工程师可以确保他们是在为其应用选择最佳的开关。Xn7EETC-电子工程专辑

(参考原文:10 factors for finding the perfect switch for your application , by Mike Bolduc)Xn7EETC-电子工程专辑

责编:Amy GuanXn7EETC-电子工程专辑

本文为《电子工程专辑》12月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 Xn7EETC-电子工程专辑

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